Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1033010.32607/20758251-2018-10-3-68-76ForumФорумResearch ArticleWhole-Genome Sequencing of Russian Neisseria Gonorrhoeae Isolates Related to ST 1407 GenogroupПолногеномное секвенирование российских штаммов Neisseria gonorrhoeae, отнесенных к геногруппе ST 1407KubanovA. A.КубановA. A.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruRuninaA. V.РунинаA. В.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruChestkovA. V.ЧестковA. В.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruKudryavtsevaA. V.КудрявцеваA. В.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruPekovYu. A.ПековЮ. A.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruKorvigoI. O.КорвигоИ. O.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruDeryabinD. G.ДерябинД. Г.
Russian Federation
dgderyabin@yandex.ruState Research Centre of Dermatovenerology and CosmetologyГосударственный научный центр дерматовенерологии и косметологии Минздрава РоссииEngelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАНKsivalue Data Analysis StudioСтудия анализа данных «Ксивелью»15092018103VOL 10, NO3 (2018)ТОМ 10, №3 (2018)687617012020Copyright ©; 2018, Kubanov A.A., Runina A.V., Chestkov A.V., Kudryavtseva A.V., Pekov Y.A., Korvigo I.O., Deryabin D.G.Copyright ©; 2018, Кубанов A.A., Рунина A.В., Честков A.В., Кудрявцева A.В., Пеков Ю.A., Корвиго И.O., Дерябин Д.Г.2018Kubanov A.A., Runina A.V., Chestkov A.V., Kudryavtseva A.V., Pekov Y.A., Korvigo I.O., Deryabin D.G.Кубанов A.A., Рунина A.В., Честков A.В., Кудрявцева A.В., Пеков Ю.A., Корвиго И.O., Дерябин Д.Г.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10330

The whole-genome sequencing data of three N. gonorrhoeae strains isolated in the Russian Federation in 2015 are presented. According to the NG-MAST protocol, these strains are related to the globally spread ST 1407 genogroup. The analysis of their resistomes showed the absence of ermA/B/C/F genes and the presence of wild-type alleles of rpsE, rrs, rrl, rplD, rplV, macAB, and mefA genes, and these patterns explain the susceptibility of the sequenced strains to aminocyclitols (spectinomycin) and macrolides (azithromycin). Conjugative resistance determinants (blaTEM, tetM) were absent in the genomes, and the penC/ pilQ, parE, and norM alleles were shown to be wild-type, whereas single or multiple nucleotide substitutions were identified in the genes encoding targets for β-lactams (ponA, penA), tetracyclines (rpsJ), and fluoroquinolones (gyrA, parC). The additional mutations were found in porB gene and the promoter of mtrR gene, which nonspecifically reduced the susceptibility to antimicrobials due to the membrane permeability decrease and efflux pump overexpression. The diversity of mutations observed in the analyzed genomes prompted a revision of the phylogenetic relationships between the strains by comparing more than 790 groups of housekeeping genes. A high homology between the N. gonorrhoeae ST 1407 and N. gonorrhoeae ST 12556 genomes was confirmed; the latter had probably diverged from a common ancestor as a result of single mutation events. On the other hand, N. gonorrhoeae ST 12450 was an example of phenotypic convergence which appeared in the emergence of new drug resistance determinants that partially coincide with those of the ST 1407 genogroup.

Представлены данные полногеномного секвенирования трех антибиотикорезистентных штаммов Neisseria gonorrhoeae, выделенных в Российской Федерации в 2015 году и по результатам NG-MASTтипирования отнесенных к широко распространенной геногруппе ST 1407. Анализ резистома этих штаммов выявил отсутствие генов ermA/B/C/F, а также сохранение аллелей дикого типа генов rpsE, rrs, rrl, rplD, rplV, macAB и mefA, что объясняет чувствительность к аминоциклитолам (спектиномицин) и макролидам (азитромицин). На фоне отсутствия детерминант резистентности с конъюгативным механизмом передачи (blaTEM, tetM), а также аллелей дикого типа генов penC/pilQ, parE и norM в ряде генов, кодирующих мишени антимикробных препаратов, выявлены одиночные или множественные полиморфизмы, обуславливающие устойчивость к β-лактамным антибиотикам (ponA, pеnA), тетрациклинам (rpsJ) и фторхинолонам (gyrA, parC). Присутствие полиморфизмов дополнялось мутациями в гене porB и промоторе гена mtrR, неспецифически повышающими устойчивость к антибиотикам за счет нарушения их поступления в бактериальную клетку или усиления обратного трансмембранного транспорта. Различия в спектре подобных мутаций потребовали ревизии представлений о степени филогенетической близости исследованных штаммов, выполненной на основе сравнения более 790 групп генов домашнего хозяйства. Подтверждена высокая степень гомологии геномов N. gonorrhoeae ST 1407 и N. gonorrhoeae ST 12556, последний из которых дивергировал, по-видимому, от общего предшественника в результате одиночных мутационных событий. N. gonorrhoeae ST 12450 оказался примером фено- и генотипической конвергенции с геногруппой ST 1407, независимо сформировавшим собственные, хотя и частично идентичные, механизмы антибиотикорезистентности.

Neisseria gonorrhoeaewhole genome sequencinggenetic determinants of antimicrobial drug resistancephylogenetic analysisNeisseria gonorrhoeaeполногеномное секвенированиеантимикробные препаратыдетерминанты резистентностифилогенетический анализ[1] Newman L., Rowley J., Vander Hoorn S., Wijesooriya N.S., Unemo M., Low N., Stevens G., Gottlieb S., Kiarie J., Temmerman M. // PLoS One. 2015, V.10, e0143304[2] Kubanova A.A., Kubanov A.A., Melekhina L.E., Bogdanova E.V. // Vestnik dermatologii i venerologii. 2016, №3, P.12-28[3] Ohnishi M., Golparian D., Shimuta K., Saika T., Hoshina S., Iwasaku K., Nakayama S., Kitawaki J., Unemo M. // Antimicrob. Agents Chemother. 2011, V.55, №7, P.3538-3545[4] // European centre for disease prevention and control. Molecular typing of Neisseria gonorrhoeae - results from a pilot study 2010-2011. 2012. Stockholm. ECDC. 2012[5] Unemo M., Golparian D., Stary A., Eigentler A. // Euro Surveill. 2011. V. 16. № 43. Pii. 2011, V.16, №43, 19998[6] Chisholm S.A., Unemo M., Quaye N., Johansson E., Cole M.J., Ison C.A., van de Laar M.J. // Euro Surveill. 2013, V.18, №3, 20358[7] Unemo M. // BMC Infect. Dis. 2015, V.15, P.364[8] Chen C.C., Yen M.Y., Wong W.W., Li L.H., Huang Y.L., Chen K.W., Li S.Y. // J. Antimicrob. Chemother. 2013, V.68, №7, P.1567-1571[9] Vorobyev D.V., Solomka V.S., Plakhova X.I., Deryabin D.G., Kubanov A.A. // Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2016, №4, P.42-50[10] Kubanov A., Vorobyev D., Chestkov A., Leinsoo A., Shaskolskiy B., Dementieva E., Solomka V., Plakhova X., Gryadunov D., Deryabin D. // BMC Infect. Dis. 2016, V.16, P.389[11] Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. // Mol. Biol. Evol. 2013, V.30, №13, P.2725-2729[12] Seemann T. // Bioinformatics. 2014, V.30, №14, P.2068-2069[13] Fu L., Niu B., Zhu Z., Wu S., Li W. // Bioinformatics. 2012, V.28, №23, P.3150-3152[14] Bertelli C., Laird M.R., Williams K.P., Lau B.Y., Hoad G., Winsor G.L., Brinkman F.S. // Nucleic Acids Research 2017, V.45, P.W30-W35[15] McArthur A.G., Waglechner N., Nizam F., Yan A., Azad M.A., Baylay A.J., Bhullar K., Canova M.J., De Pascale G., Ejim L., et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2013, V.57, №7, P.3348-3357[16] Kwong J.C., Gonçalves da Silva A., Dyet K., Williamson D.A., Stinear T.P., Howden B.P., Seemann T. // Microb. Genom. 2016, V.2, №8, e000076[17] Inouye M., Dashnow H., Raven L.A., Schultz M.B., Pope B.J., Tomita T., Zobel J., Holt K.E. // Genome Med. 2014, V.6, №11, P.90[18] Emms D.M., Kelly S. // Genome Biol. 2015, V.16, №1, P.157[19] Katoh K., Standley D.M. // Mol. Biol. Evol. 2013, V.30, №4, P.772-780[20] Stamatakis A. // Bioinformatics. 2014, V.30, №9, P.1312-1313[21] Abrams A.J., Trees D.L., Nicholas R.A. // Genome Announc. 2015, V.3, №5, e01052-15[22] Anselmo A., Ciammaruconi A., Carannante A., Neri A., Fazio C., Fortunato A., Palozzi A.M., Vacca P., Fillo S., Lista F. // Genome Announc. 2015, V.3, №4, e00903-15[23] Bodoev I.N., Ilina E.N. // Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2015, V.33, №3, P.22-27[24] Muhammad I., Golparian D., Dillon J.A., Johansson A., Ohnishi M., Sethi S., Chen S.C., Nakayama S., Sundqvist M., Bala M. // BMC Infect. Dis. 2014, V.14, P.454[25] Ropp P.A., Hu M., Olesky M., Nicholas R.A. // Antimicrob. Agents Chemother. 2002, V.46, №3, P.769-777[26] Ameyama S., Onodera S., Takahata M., Minami S., Maki N., Endo K., Goto H., Suzuki H., Oishi Y. // Antimicrob. Agents Chemother. 2002, V.46, №12, P.3744-3749[27] Takahata S., Senju N., Osaki Y., Yoshida T., Ida T. // Antimicrob. Agents Chemother. 2006, V.50, №11, P.3638-3645[28] Tomberg J., Unemo M., Davies C., Nicholas R.A. // Biochemistry. 2010, V.49, №37, P.8062-8070[29] Powell A.J., Tomberg J., Deacon A.M., Nicholas R.A., Davies C. // J. Biol. Chem. 2009, V.284, №2, P.1202-1212[30] Olesky M., Zhao S., Rosenberg R.L., Nicholas R.A. // Journal of Bacteriology 2006, V.188, №7, P.2300-2308[31] Helm R.A., Barnhart M.M., Seifert H.S. // Journal of Bacteriology 2007, V.189, №8, P.3198-3207[32] Veal W.L., Nicholas R.A., Shafer W.M. // Journal of Bacteriology 2002, V.184, №20, P.5619-5624[33] Hu M., Nandi S., Davies C., Nicholas R.A. // Antimicrob. Agents Chemother. 2005, V.49, №10, P.4327-4334[34] Turner A., Gough K.R., Leeming J.P. // Sex Transm. Infect. 1999, V.75, №1, P.60-66[35] Galimand M., Gerbaud G., Courvalin P. // Antimicrob. Agents Chemother. 2000, V.44, №5, P.1365-1366[36] Ilina E.N., Malakhova M.V., Bodoev I.N., Oparina N.Y., Filimonova A.V., Govorun V.M. // Front. Microbiol. 2013, V.4, P.186[37] Unemo M., Golparian D., Skogen V., Olsen A.O., Moi H., Syversen G., Hjelmevoll S.O. // Antimicrob. Agents Chemother. P.1057-1061[38] Jacobsson S., Golparian D., Cole M., Spiteri G., Martin I., Bergheim T., Borrego M.J., Crowley B., Crucitti T., van Dam A.P. // J. Antimicrob. Chemother. 2016, V.71, №4, P.3109-3116[39] Gregory S.T., Dahlberg A.E. // J. Mol. Biol. 1999, V.289, №4, P.827-834[40] Rouquette-Loughlin C.E., Balthazar J.T., Shafer W.M. // J. Antimicrob. Chemother. 2005, V.56, №5, P.856-860[41] Cousin S.J., Whittington W.L., Roberts M.C. // Antimicrob. Agents Chemother. 2003, V.47, №12, P.3877-3880[42] Shultz T.R., Tapsall J.W., White P.A. // Antimicrob. Agents Chemother. 2001, V.45, №3, P.734-738[43] Su X., Lind I. // Antimicrob Agents Chemother. 2001, V.45, №1, P.117-123[44] Rouquette-Loughlin C., Dunham S.A., Kuhn M., Balthazar J.T., Shafer W.M. // Journal of Bacteriology 2003, V.185, №3, P.1101-1106[45] Jolley K.A., Maiden M.C. // Future Microbiol. 2014, V.9, №5, P.623-630[46] Ison C.A., Town K., Obi C., Chisholm S., Hughes G., Livermore D.M., Lowndes C.M. // Lancet Infect. Dis. 2013, V.13, №9, P.762-768[47] Eyre D.W., De Silva D., Cole K., Peters J., Cole M.J., Grad Y.H., Demczuk W., Martin I., Mulvey M.R., Crook D.W. // J. Antimicrob. Chemother. 2017, V.72, №7, P.1937-1947